JP7368215B2

JP7368215B2 - 工作機械及びワーク加工部の形状測定方法

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Publication number: JP7368215B2
Application number: JP2019225034A
Authority: JP
Inventors: 博紀村上; 雄一鶴田; 達男木邑
Original assignee: Toyo Advanced Technologies Co Ltd
Current assignee: Toyo Advanced Technologies Co Ltd
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2023-10-24
Anticipated expiration: 2039-12-13
Also published as: JP2021094600A

Description

本発明は、内面研削盤、旋盤などの工作機械及びワーク加工部の形状測定方法に関し、特にそのワークの形状測定精度の向上に関する。

従来、主軸に装着したタッチセンサを利用してワークの加工部の形状を測定する工作機械は知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。

特開２０１５－３９７３２号公報特開２００８－１０５１３４号公報

しかしながら、平面上に２軸しか持たない機械（例えば、内面研削盤、旋盤等）では、タッチセンサによってワーク加工部の形状を計測することはできるが、得られた計測結果は、正しい値が得られるとは限らない。これは、熱変位、ワークチャック位置誤差等により、ワーク側と計測側での座標０点に異なりが生じているためである。

具体的には、ワークの測定位置とタッチセンサ先端の測定球（スタイラス球ともいう）との測定位置がずれることで、ワーク中心での計測ができなかったり、測定球自体の計測位置がずれたりすることで、大きな計測誤差が生じるという問題がある。

例えば、図１０に示すように、Ｙ方向に０．１ｍｍの測定球１０５ａの位置ずれが生じた場合、ワーク側の円周変化により誤差が計測上発生する。誤差としては、例えば０．００１６７ｍｍとなる。

また、測定球１０５ａの接触角度に異なりが生じてくる。測定球１０５ａの外径は、ワークＷの内径に比べてかなり小さくなることから、この接触角度の違いは大きな誤差として生じる。測定球１０５ａの外径が１ｍｍで、ワーク内径が６ｍｍの場合、ワーク中心を（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）としたときに、測定球１０５ａの測定値が（Ｘ，Ｙ）＝（２．９９８，－０．１２８）となった場合、測定球１０５ａの接触点は、水平位置から接触角度が２．３１１２°傾いた位置にあることから、接触誤差はｔａｎ２．３１１２°×０．５ｍｍ＝０．０２０１８ｍｍの誤差が生じる。

さらに、接触点と走行方向の違いによる影響について、図１１に測定球１０５ａの走行方向（Ｘ方向）を矢印で示す。走行方向に対して２．３１１２°傾いているとき、この傾いたワーク内周面との接触点で測定球１０５ａの作動押圧力を超えたときにタッチセンサが検知する。作動押圧力の大きさによって誤差量は異なるが、分力の関係を４５°で５０％となる比例関係で捉えると、９７．４％の力で検知されることになる。直径１ｍｍの測定球１０５ａの９７．４％は、０．０１３４ｍｍの誤差として生じる。

これらの誤差を加算すると、合計で０．００１６７＋０．０２０２＋０．０１３４＝０．０３５３ｍｍ程度の誤差が測定点１点のみで生じてしまうことになる。測定球１０５ａの外径やワークの内径がさらに小径となると、この誤差が拡大するという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上述した誤差の発生態様を考慮して測定球における位置誤差を取り除いてより正確なワーク加工部の形状測定を行えるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、画像やレーザー光によるデータを追加して測定球の位置誤差を把握するようにした。

具体的には、第１の発明の工作機械は、
工具が取り付けられる主軸と、
上記主軸を移動可能に支持する主軸テーブルと、
ワークが取り付けられるワークチャックと、
上記主軸テーブルに設けられ、該主軸テーブルによって移動され、先端の測定球が上記ワークに接触して該ワークの形状を計測するタッチセンサと、
上記タッチセンサの接触点及び該接触点の周辺を撮像する撮像手段と、
上記タッチセンサからの信号と、上記撮像手段による画像とを利用し、該タッチセンサの測定球の位置誤差を判定し、該位置誤差を利用して上記ワークの形状を判定する制御部とを備えている。

上記の構成によると、タッチセンサの計測結果だけでなく、撮像手段による画像を合わせて取得するので、タッチセンサの測定球の位置誤差を適切に補正でき、より正確なワークの形状が測定可能となる。

第２の発明では、第１の発明において、
上記撮像手段は、上記タッチセンサの本体又は該本体の近傍に設けられたカメラであり、上記タッチセンサが上記ワークに接触したときに上記測定球及び該測定球の周辺を撮像するように構成されている。

上記の構成によると、タッチセンサの本体又はその近傍に設けたカメラによって測定球の位置誤差を確実に補正できるので、タッチセンサの測定精度が向上する。

第３の発明では、第２の発明において、
上記タッチセンサと上記主軸とが同一平面上に設けられていることにより、上記主軸の加工ポイントと、上記タッチセンサによる計測ポイントとが同一に保たれている。

上記の構成によると、加工ポイントと計測ポイントとが同一に保たれているので、信頼性が向上している。

第４の発明では、第２又は第３の発明において、
上記カメラの撮像方向は、タッチセンサの軸心方向と一致している。

上記の構成によると、カメラの撮像方向とタッチセンサの軸心方向とがずれていて傾斜しているときのような誤差が生じず、より正確なワークの形状が測定可能となる。

第５の発明では、第１の発明において、
上記撮像手段は、数値化計測機器であり、該数値化計測機器から計測された位置情報を用いて位置誤差を演算できる。

上記の構成によると、レーザーなどの数値化計測機器、例えばレーダー照射計測装置等から計測された位置情報を用いて位置誤差を演算できるので、誤差の解消が容易となり、信頼性が向上する。

第６の発明では、第１から第５のいずれか１つの発明において、
内面研削盤であり、
上記制御部は、上記位置誤差を利用して上記タッチセンサで計測された上記ワークの内径値を修正するように構成されている。

上記の構成によると、同一平面で二軸のみ移動可能な内面研削盤によるワークの内面であっても、タッチセンサの測定値を利用して精度よく内面研削が行われる。

第７の発明では、
工具が取り付けられる主軸と、
上記主軸を移動可能に支持する主軸テーブルと、
ワークが取り付けられるワークチャックと、
上記主軸テーブルに設けられ、該主軸テーブルによって移動され、先端の測定球が上記ワークに接触して該ワークの形状を計測するタッチセンサと、
上記タッチセンサの接触点の位置を検知するレーザー部と、
上記タッチセンサからの信号と、上記レーザー部を回転させたときのエンコーダによる回転角度とを利用し、該タッチセンサの測定球の位置誤差を判定し、該位置誤差を利用して上記ワークの形状を判定する制御部とを備えている。

上記の構成によると、レーザー部のエンコーダから得られた回転角度を利用してタッチセンサの測定球の位置誤差を補正できるので、より正確なワークの形状が測定可能となる。

第８の発明のワーク加工部の形状測定方法では、
工具が取り付けられる主軸と、
上記主軸を移動可能に支持する主軸テーブルと、
ワークが取り付けられるワークチャックと、
上記主軸テーブルに設けられ、該主軸テーブルによって移動され、先端の測定球が上記ワークに接触して該ワークの形状を計測するタッチセンサと、
上記タッチセンサの接触点及び該接触点の周辺を撮像するカメラとを有する工作機械を準備し、
上記カメラの撮像方向を上記タッチセンサの軸心方向と一致させ、
上記タッチセンサが上記ワークに接触したときに上記測定球及び該測定球の周辺を撮像し、
上記タッチセンサからの信号と、上記カメラによる画像とを利用し、該タッチセンサの測定球の位置誤差を判定し、該位置誤差を利用して上記ワークの形状を判定する構成とする。

上記の構成によると、タッチセンサの計測結果だけでなく、カメラによる画像を合わせて取得するので、タッチセンサの測定球の位置誤差を適切に補正でき、より正確なワークの形状が測定可能となる。

第９の発明では、第８の発明において、
上記ワークチャック側にワーク側基準線を設けておき、
上記タッチセンサを上記カメラの撮像範囲内で水平に移動させてセンサ側移動線を作成し、
上記センサ側移動線と上記ワーク側基準線とを比較して上記ワークの傾きを検出し、
上記ワークの傾きを用いて位置誤差を補正した上で、上記ワークの形状測定を行う構成とする。

上記の構成によると、センサ側移動線とワーク側基準線とを比較してワークの傾きを検出し、その傾きによる位置誤差をタッチセンサによる測定の際に補正できるので、より正確なワークの形状測定が可能になる。

以上説明したように、本発明によれば、撮像手段（カメラ）やレーザー光による追加情報を測定球における位置誤差を取り除いてより正確なワーク加工部の形状測定を行える。

カメラ及びタッチセンサを含む内面研削盤を示す正面図である。カメラ及びタッチセンサを含む内面研削盤を示す平面図である。カメラによる画像取得範囲とワークとの位置関係を説明するための概要図である。カメラとタッチセンサとワークとの位置関係を説明するための平面図である。（ａ）熱変形がないときのワークの水平線と測定球の移動方向との関係を示し、（ｂ）熱変形が発生したときのワークの水平線と測定球の移動方向との傾きを示す図である。カメラによる画像取得範囲とワークとの位置関係を説明するための概要図である。ワークが１°傾いたときのワークと測定点の位置関係を説明するための概要図である。実施形態の変形例に係る測定球の接触角度について説明するための概要図である。接触角度とＹ方向ずれ量との関係を示す表である。Ｙ方向にずれた場合のワーク内周面と測定球との関係を示す概要図である。接触点と走行方向の違いによる影響を説明するための概要図である。レーザーを用いたワークの高さ方向にずれがない場合の計測例を説明するための概要図である。レーザーを用いたワークの高さ方向にずれがある場合の計測例を説明するための概要図である。加工内径１０ｍｍの計測結果と高さ方向ずれ量との関係を示すグラフである。Ｙ軸にレーザー部を支持した場合の装置構成の概略を示す平面図である。Ｙ軸にレーザー部を支持した場合の装置構成の概略を示し、（ａ）が正面図で、（ｂ）が側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２は本発明の実施形態の工作機械としての内面研削盤１の主要部を示し、この内面研削盤１は、砥石などの工具が取り付けられる主軸２を備えている。主軸２は、主軸モータ２ａで任意の速度で回転可能となっており、主軸テーブル（主軸コラム）３によってＺ軸方向に移動可能に支持されている。この主軸テーブル３と対向する位置にワークＷが取り付けられるワークチャック４が設けられている。ワークチャック４は、ワークＷをＸ，Ｙ方向に移動可能に支持するようにワークテーブル（図示省略）に設けられている。内面研削盤１の基本構造は、公知の構造と同様とする。

そして、主軸テーブル３には、タッチセンサ５が設けられている。このタッチセンサ５は、例えば、主軸テーブル３に揺動可能に支持されたタッチセンサ用アーム６の先端に設けられており、ワークＷの形状測定時に主軸２の前方に配置される測定位置と、この測定位置に対して約９０°旋回させた待機位置との間で揺動可能となっている。タッチセンサ用アーム６は、その根元のアーム用モータ６ａを回転させることで、この主軸２の前方に配置された計測姿勢では、タッチセンサ５は、Ｚ軸の方向に延びている。そして、タッチセンサ５は、棒状部材の先端に測定球５ａを有し、主軸テーブル３によってＺ軸方向に移動され、測定球５ａがワークＷに接触してワークＷの形状を計測するように構成されている。測定球５ａは、例えば外径１ｍｍの球形である。タッチセンサ５の根元側には円柱状のタッチセンサ本体５ｂが設けられており、計測値がタッチセンサ用ハーネス５ｃを介して内面研削盤１の制御部としての制御盤７等に送信されるようになっている。タッチセンサ５はＺ軸方向に延びていることから、主軸２と同一平面上に設けられている。言い換えれば、主軸２の加工ポイントと、タッチセンサ５による計測ポイントとが同一に保たれている。

そして、本実施形態の内面研削盤１は、タッチセンサ５の測定球５ａの接触点及びその周辺を撮像する撮像手段としてのカメラ１０を備えている。カメラ１０は、例えば、タッチセンサ本体５ｂにおいて、例えば、測定球５ａの右側に設けられている。このカメラ１０の撮像方向は、タッチセンサ５の軸心方向、すなわちＺ軸の軸心方向と一致している（平行である）。

詳しくは後述するが、制御盤７は、タッチセンサ５からの信号とカメラ１０による画像とを利用し、タッチセンサ５の測定球５ａの位置誤差を判定し、この位置誤差を利用してワークＷの形状（例えば、ワークＷの内径値）を判定するようにプログラミングされている。

－内面研削盤の作動－
次に、本実施形態に係る内面研削盤１の作動について説明する。

まず、上述した内面研削盤１を準備する。

次いで、タッチセンサ用アーム６を揺動させ、主軸２の前となる測定位置に移動させる。このとき、カメラ１０の撮像方向をタッチセンサ５の軸心方向（Ｚ軸方向）と一致させる（平行にする）。しかも、Ｚ軸方向から見たときに、図１に示すように、タッチセンサ５の測定球５ａの高さとカメラの撮像方向の高さとは一致している。かりに高さに差があると、画像データは傾斜を伴ってしまい、Ｚ方向の位置がずれると測定誤差が生じるが、その測定誤差を避ける必要があるためである。本実施形態では、主軸２による加工ポイントとタッチセンサ５による計測ポイントとが同一に保たれているので、信頼性が向上している。

次いで、主軸テーブル３をＺ軸方向に進め、タッチセンサ５の測定球５ａをワークＷに接触させる。ワークＷの内径を計測するときには、ワークＷ側をＸ軸方向に移動させる。測定球５ａがワークＷの内面に当接すると、根元が撓んで所定以上のトルクが加わると、タッチセンサ５がＯＮとなる。そのときのＸ，Ｙの位置座標を制御盤７において記録する。タッチセンサ５がＯＮになったときにカメラ１０によって測定球５ａ及びその周辺を撮像する。

制御盤７は、このタッチセンサ５からの信号と、カメラ１０による画像とを利用し、タッチセンサ５の測定球５ａの位置誤差を判定し、位置誤差を利用して上記ワークＷの形状を判定する。

図３及び図４に示すように、測定誤差を避けるためにカメラ１０のＹ方向高さが測定球５ａのＹ方向高さと同じに保たれて、カメラ１０がタッチセンサ本体５ｂの図３で示す右側に固定されている場合、撮像された画像は、左側は測定球５ａを含むタッチプローブの影となるため、ワークＷの測定球５ａ及びワークＷの右側部分のみ（図３で矩形の太線で囲む領域Ｂ）となる。

ここで、カメラ１０により撮像された画像だけでは、内面研削盤１における熱変形によるワークＷの姿勢（カメラ１０側のＸ方向移動線Ｍと平行不良）とのずれを判定できない。

すなわち、図５（ａ）に示すように、ワークＷに熱変形等によるずれが発生していないと、そのＸ方向の中心線Ｃは、測定球５ａのＸ方向移動線Ｍと同一の直線状にあって問題はない。一方、図５（ｂ）に示すように、熱変形が発生すると、測定球５ａのＸ方向のセンサ側移動線Ｍ（破線で示す）と、ワークＷ側の中心線Ｃ（一点鎖線で示す）との平行が損なわれるが、このことは、右側のみの画像では把握できない。左側を写すカメラ１０も取り付けることも考えられるが、左右２つのカメラ１０の傾きが等しいことを確認できない。また、下から全体を写すと傾きがあり、問題となる。

そこで、この右側の撮像範囲内にワークＷ側基準線Ｓを設ける。具体的には、図６に示すように、ワークチャック４を定位置に停止させ、そのチャック部４ａにワークＷ側基準線Ｓを作成する（図６に太線で示す）。図示しないが、例えば、ワークチャック４の外からブラケットを介し、ワークＷ側基準線Ｓを前方に作成する。

－カメラの撮像画像とその処理－
次いで、カメラ１０で撮像された画像とその取り扱い処理について説明する。

図６に示すように、撮像画像からは、測定球５ａの接触点の位置を把握することができる。また、ワークＷの最大径部の認識をすることができる。この最大径部の位置情報から測定点がいくらずれたかを計測ができる。

一方、カメラ１０の位置の関係で、上述したように左側画像については解析が困難である。そこで上述したようなワークＷ側基準線Ｓをワークチャック４に設ける。

このワークＷ側基準線Ｓを取り込めば、このワークＷ側基準線Ｓとの比較からワークＷの傾きを容易に把握することができる。例えば、このワークＷ側基準線Ｓの画像を内面研削盤１の運転前に取り込んでおき、このワークＷ側基準線Ｓの傾きを０としてセンサ側移動線Ｍと比較していくことで、それぞれの計測時の傾きが求められる。

次いで、補正のやり方について説明する。例えば、ワークＷに内径１２ｍｍの孔を加工する場合、ワークＷ中心がＸ＝０で、内面接触点がＸ＝６の場合、測定球５ａの半径０．５ｍｍは座標取得時に加算される。

ここで、計測位置がＸ＝５．８ｍｍで、中心から０．１ｍｍ離れた点で傾きが１°生じていた場合を想定する。

通常は、計測値、Ｘ＝５．８（Ｘ＝０がワークＷ中心）とＸ＝５．７９８だった場合、狙い値（Ｘ＝６）を得るには、０．２０６を目標に拡大させる補正が必要になる。ここで、左右点の違いは、どこかの熱変位との認識であるため誤差量値しか見ることがない。

一方、本願の画像方式では、右側のワークＷによる誤差として、ワークＷの傾きが１°発生している場合、計測点は、図７に示す位置となる。これは、ワークＷ側と計測側で熱変形が異なるため発生する誤差である。計測点が最大径部の下でＹ＝０．１ｍｍにあり、計測値がＸ＝５．８ｍｍとなった場合、ワークＷの計測位置誤差は、√（５．８^２－０．１^２）=５．７９９１ｍｍとなる。これは実際の計測値よりも１μｍ程度小さい。

一方、右側の測定球５ａの接触点誤差として、ワークＷでは、Ｘ^２+Ｙ^２=５．８^２、測定球５ａでは(Ｘ－５．３)^２+(Ｙ－(－０．１))^２=０．５^２(測定値を使用）より、２円の交点は、Ｘ＝５．８ｍｍ、Ｙ＝０．０７６ｍｍの点になる。測定球５ａで、Ｙ＝０．０７６だけ下がった点の接触点は、測定球５ａの半径に対し、√(０．５^２－０．０７６^２)=０．４９４^２となる。半径Ｒ＝０．５に対し、およそ６μｍの過ぎた点が計測位置となっている。これは測定点の接触点のＸ方向ずれ量を示す。

画像としては現れていない左側の計測点は、１°下がっていることになるため、右側最大径部よりＹ＝０．１ｍｍだけ下に、さらにｓｉｎ１°×（ＡＢＳ（－５．７９８）＋５．８）の傾き分だけＹ方向で下になるため、左側は、Ｙ＝０．２０２ｍｍだけ下を計測していることになる。

左側のワークＷによる誤差として、その計測位置誤差は、√（－５．７９８^２－０．２０２^２）=５．７９４４となって、計測値より約６μｍ小さくなる。

また、測定球５ａの接触点誤差（左計測）として、右側処理と同様に左側の２円の交点を求めると、ワークＷでは、Ｘ^２＋Ｙ^２=５．７９２^２測定球５ａでは、(Ｘ－５．２９２２)^２＋(Ｙ－(－０．２０２))^２＝０．５^２より、交点は、Ｘ＝５．７９２、Ｙ＝０．１５６となる。

０．５^２－０．１５６^２=０．４７５で接触となり、半径Ｒ＝０．５に対して約１５μｍ過ぎた点で計測していることになる。これは、測定球５ａの接触点のＸ方向のずれ量を示す。

これら右左の誤差を合算すると、１μｍ＋６μｍ＋６μｍ＋１５μｍ＝２８μｍだけ計測値が大きくなっている。つまり、通常の計測値補正に対し、－２８μの補正が必要となる。

すなわち、通常補正値が０．２０６ｍｍで、画像使用補正量は、０．２０６ｍｍ－０．０２８ｍｍ＝０．１７８ｍｍの差がある。

さらに、誤差として、接触角度によるプッシュ力誤差が生じるが、この誤差量は、角度と比例する。使用するタッチセンサ５により接触角度の誤差量が異なるため、実際に使用するタッチセンサ５により補正量を決める必要がある。プッシュ圧誤差は、反応が遅れてくる方向にある。

計測開始点は、画像内の相対で評価されるため正確である。起点が合っていることで、傾き補正も有効となる。

この点を改善するため、平行のワークＷ側基準線Ｓをカメラ１０内へ入れることを行い、傾きを把握することを行う。本実施形態では、チャック部４ａに平行にワークＷ側基準線Ｓを設けることで行う。

このワークＷ側基準線Ｓを取り込み、ワークＷ側基準線Ｓとセンサ側移動線Ｍの比較から、容易に傾きを把握することができる。このワークＷ側基準線Ｓは、機械運転前に画像を取り込み、このワークＷ側基準線Ｓの傾きを０として、センサ側移動線Ｍと比較していくことで、各々の計測時の傾きを求めていくことができる。このワークＷの傾きを用いて補正した上で、ワークＷの形状測定を行う。

本実施形態では、タッチセンサ５の計測結果だけでなく、カメラ１０による画像を合わせて取得するので、タッチセンサ５の測定球５ａの位置誤差を利用してより正確なワークＷの形状が測定可能となる。

したがって、本実施形態に係る内面研削盤１によると、測定球５ａにおける位置誤差を取り除いてより正確なワークＷの加工部の形状測定を行える。

－変形例－
図８及び図９は本発明の実施形態の変形例を示し、カメラ１０を有さない点で上記実施形態と異なる。なお、以下の各変形例では、図１～図７と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

上記実施形態では、カメラ１０を撮像手段として設けたが、カメラ１０の代わりにタッチセンサ５の接触点の位置を検知する数値化計測機器としてのレーザー部１１０を設けてもよい。レーザー部１１０は、カメラ１０の取付位置にレーザーヘッドを設けて構成すればよく、レーダー照射計測装置など、レーザー光を送受信して測定球５ａがワークＷのＸ方向中心線からずれている接触角度θを検出できるものであれば、その構成は限定されない。

この場合、制御盤７は、タッチセンサ５からの信号と、レーザー部１１０を回転させたときのエンコーダによる回転角度（接触角度θ）とを利用し、タッチセンサ５の測定球５ａの位置誤差を判定する。レーザー部１１０によって計測した位置誤差を利用できるので、信頼性が向上している。

例えば、図８に接触角度θとＹ方向ずれ量の関係を示すように、測定球内径６ｍｍのワークＷの内面と測定球５ａとの接触点のＸ，Ｙ座標と、レーザー部１１０によって検出された接触角度θの値と合わせると、Ｙ方向のずれの値Ａがわかる。

補正の方法としては、測定球５ａの外径が１ｍｍのときに、Ｘ軸位置と接触角度θからｔａｎ（Ａ）×０．５ｍｍ＝Ｘ軸の接触位置となる。Ｘ軸の計測位置＋Ｘ軸の接触位置からＸ軸の計測値が計算される。また、接触角度θから図９を用いてＹ軸のずれ量が求められる。そこからＹ軸の計測値が算出される。そして、Ｘ軸値の平方根＋Ｙ軸値の平方根により、現在の内径を求め、所定に達するまでの量を正確に求めることを行う。

この位置補正を利用してワークＷの形状を判定すればよい。

スイベルする機構を有する場合には、ワーク側主軸ユニットが、ユニット全体を１ｍｍ浮上させる機構を有するようにすればよく、この場合、浮上させた状態で、スイベル動作を行う。この浮上量を利用する計測を行うことで、ワークＷと砥石１１１（レーザー部１１０）の高さ方向でのずれ量とその方向を求めるとよい。

図１２にワークＷの高さ方向にずれがない場合の計測例について示す。内径１０ｍｍの孔を加工するときに、半径５．０ｍｍの高さ方向のずれは、スイベル下端で５．０ｍｍで、スイベル上端では、４．８９９ｍｍとなっている。

図１３に示すように、レーザー部１１０に対して、ワークＷ（加工孔）高さ方向が、上方向へずれた場合、スイベル上昇時は、スイベル上昇量１ｍｍ加算された、加工孔の円下側を計測する（図１３に太い破線で示す）。ワークＷの高さが、上に０．２ｍｍずれた場合には、スイベル下端で４．９９６ｍｍで、スイベル上端で４．８５４ｍｍとなっている。

レーザー計測器に対して、ワークＷ（加工孔）高さ方向が、下方向へずれた場合、スイベル上昇時は、スイベル上昇量１ｍｍから、ワークＷの高さずれ量が減算された量の円下側を計測する（図１３に細い破線で示す）。ワークの高さが下に０．２ｍｍずれた場合の計測例を示す。内径１０ｍｍの孔を加工するときに、半径５．０ｍｍの高さ方向のずれは、スイベル下端で４．９９６ｍｍで、スイベル上端では、４．８００ｍｍとなっている。

この高さ方向のずれを変更していったときのスイベル下端とスイベル上端との間でのずれを計測した結果を、図１４に示す。

スイベル上昇させた点を計測することで、計測結果に違いが生じ、この量を把握することで、ずれ量を把握することが可能であることがわかる。

スイベル上昇機構の下端では、高さ方向のずれ方向により、ずれの方向を特定できず、同一の値が生じる（図１４の菱形）。

スイベル上昇機構の上端では、高さ方向のずれ方向により、下端の計測値と差が生じてくることから、ずれた方向を違い量から特定できることがわかる（図１４の四角）。

次いで、具体的な内面研削機１の作動について説明する。ワークチャック４に円筒状のワークＷが把持されており、カメラ１０の部分にレーザー部１１０が設けられている。ワークＷの形状が円柱状なので、レーザー光が通過するときから遮断されるときまでレーザー部１１０を駆動する。

スイベル下端において、孔内レーザー照射が行われ、Ｘ軸に沿って移動し、レーザー遮断にて機械停止、停止位置のデータを格納する。スイベル上端においても、孔内レーザー照射が行われ、Ｘ軸に沿って移動し、レーザー遮断にて機械停止し、停止位置のデータを格納する。Ｘ座標位置より、図１４のグラフに相当する点を読み取り、補正量を算出する。

なお、図１５及び図１６に例示するように、Ｙ軸機構１０８を付加し、このＹ軸にレーザー部１１０を支持させて計測することもできる。内面研削機１０１は、Ｘ軸サドル１０９、Ｙ軸機構１０８、砥石１１１等を有し、Ｙ軸機構１０８にレーザー部１１０が支持されている。ワークチャック１０４に円筒状のワークＷが把持されている。ワークチャック１０４とレーザー部１１０との位置関係、Ｘ軸、Ｚ軸によりレイアウトするとよい。この場合も、Ｙ軸とＸ軸とを動作させることで、加工孔径を導くことができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、工作機械として内面研削盤１の例を示したが、これに限定されず、平面状に２軸しか持たない旋盤など他の工作機械でもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１内面研削盤（工作機械）
２主軸
２ａ主軸モータ
３主軸テーブル
４ワークチャック
５タッチセンサ
５ａ測定球
５ｂタッチセンサ本体
５ｃタッチセンサ用ハーネス
６タッチセンサ用アーム
６ａアーム用モータ
７制御盤
１０カメラ（撮像手段）
１０１内面研削機
１０４ワークチャック
１０８Ｙ軸機構
１０９Ｘ軸サドル
１１０レーザー部
１１１砥石

Claims

工具が取り付けられる主軸と、
上記主軸を移動可能に支持する主軸テーブルと、
ワークが取り付けられるワークチャックと、
上記主軸テーブルに設けられ、該主軸テーブルによって移動され、先端の測定球が上記ワークに接触して該ワークの形状を計測するタッチセンサと、
上記タッチセンサの接触点及び該接触点の周辺を撮像する撮像手段と、
上記タッチセンサからの信号と、上記撮像手段による画像とを利用し、該タッチセンサの測定球の位置誤差を演算し、該位置誤差を取り除いて上記ワークの形状を測定する制御部とを備えている
ことを特徴とする工作機械。
請求項１に記載の工作機械において、
上記撮像手段は、上記タッチセンサの本体又は該本体の近傍に設けられたカメラであり、上記タッチセンサが上記ワークに接触したときに上記測定球及び該測定球の周辺を撮像するように構成されている
ことを特徴とする工作機械。
請求項２に記載の工作機械において、
上記主軸テーブルは、上記主軸をＺ軸方向に移動可能に支持し、
上記タッチセンサは、Ｚ軸方向に延びて上記主軸の軸心方向と平行に延びている
ことを特徴とする工作機械。
請求項２又は３に記載の工作機械において、
上記カメラの撮像方向は、タッチセンサの軸心方向と一致している
ことを特徴とする工作機械。
請求項１に記載の工作機械において、
上記撮像手段は、数値化計測機器であり、該数値化計測機器から計測された位置情報を用いて位置誤差を演算できる
ことを特徴とする工作機械。
請求項１から５のいずれか１つに記載の工作機械において、
上記制御部が上記位置誤差を利用して上記タッチセンサで計測された上記ワークの内径値を修正するように構成されている、内面研削盤である
ことを特徴とする工作機械。
工具が取り付けられる主軸と、
上記主軸を移動可能に支持する主軸テーブルと、
ワークが取り付けられるワークチャックと、
上記主軸テーブルに設けられ、該主軸テーブルによって移動され、先端の測定球が上記ワークに接触して該ワークの形状を計測するタッチセンサと、
上記タッチセンサの接触点の位置を検知するレーザー部と、
上記タッチセンサからの信号と、上記レーザー部を回転させたときのエンコーダによる回転角度とを利用し、該タッチセンサの測定球の位置誤差を演算し、該位置誤差を取り除いて上記ワークの形状を測定する制御部とを備えている
ことを特徴とする工作機械。
工具が取り付けられる主軸と、
上記主軸を移動可能に支持する主軸テーブルと、
ワークが取り付けられるワークチャックと、
上記主軸テーブルに設けられ、該主軸テーブルによって移動され、先端の測定球が上記ワークに接触して該ワークの形状を計測するタッチセンサと、
上記タッチセンサの接触点及び該接触点の周辺を撮像するカメラとを有する工作機械を準備し、
上記カメラの撮像方向を上記タッチセンサの軸心方向と一致させ、
上記タッチセンサが上記ワークに接触したときに上記測定球及び該測定球の周辺を撮像し、
上記タッチセンサからの信号と、上記カメラによる画像とを利用し、該タッチセンサの測定球の位置誤差を演算し、該位置誤差を取り除いて上記ワークの形状を測定する
ことを特徴とするワーク加工部の形状測定方法。
請求項８に記載のワーク加工部の形状測定方法において、
上記ワークチャック側にワーク側基準線を設けておき、
上記タッチセンサを上記カメラの撮像範囲内で水平に移動させてセンサ側移動線を作成し、
上記センサ側移動線と上記ワーク側基準線とを比較して上記ワークの傾きを検出し、
上記ワークの傾きを用いて補正した上で、上記ワークの形状測定を行う
ことを特徴とするワーク加工部の形状測定方法。